Адела Муньос Паес - Самый сокровенный секрет материи. Мария Кюри. Радиоактивность и элементы

• Название: Самый сокровенный секрет материи. Мария Кюри. Радиоактивность и элементы
• Автор: Адела Муньос Паес
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Научпоп
• Год: 2015
• ISBN: 2409-0069

Мария Кюри — первая женщина в мире, получившая Нобелевскую премию. Вместе с мужем, Пьером Кюри, она открыла радиоактивность, что стало началом ее блистательной научной карьеры, кульминацией которой было появление в периодической системе Менделеева двух новых элементов — радия и полония. Мария была неутомимой труженицей, и преждевременная смерть Пьера не смогла погасить в ней страсть к науке. Несмотря на то что исследования серьезно вредили здоровью женщины, она не прерывала работу в лаборатории, а когда разразилась Первая мировая война, смогла поставить свои достижения на службу больным и раненым. Смерть Марии Кюри была результатом ее любви к науке, но ее открытия спасли тысячи жизней.

---

1902 года; в верхней части, написанной Пьером, показано измерение атомной массы радия = 223,3 (в итоге они предложили значение 225), в то время как в нижней части появляются заметки Марии, в которых указана масса хлорида серебра, полученная с помощью осаждения хлорида. На основе этих данных и была определена атомная масса радия исходя из формулы RaCl2.

* * * 

Хотя Пьер обсуждал с Марией все результаты, которые она получала, и, должно быть, играл важную роль в проектировании и конструировании измерительного прибора, до этого момента он вел собственные исследования симметрии. Однако 18 февраля он начал вносить свои записи в лабораторный дневник Марии: он решил оставить свои исследования, чтобы полностью посвятить себя работе с женой.

Чтобы определить причины необычайной активности, им пришлось работать с настураном по-другому, поскольку вместо того чтобы искать уран, они искали новые вещества, о которых не знали ничего, кроме признаков их существования на основе испускаемых лучей. Настуран — естественный минерал, который, кроме оксидов урана, главных компонентов, содержит в небольших количествах другие вещества, всего 30 различных химических элементов. Чтобы провести химический анализ настурана, супруги попросили помощи у Гюстава Бемона, преподавателя, отвечающего за лабораторию Школы промышленной физики и химии. Бемон, должно быть, научил их применению классического метода определения и разделения катионов с помощью качественного анализа мокрым путем, который использовался в европейских лабораториях и был разработан немецким химиком Карлом Фрезениусом за 60 лет до этого.

Итак, Мария и Пьер применили химический метод разделения катионов с помощью последовательного осаждения сульфатов, сульфидов, гидроксидов и хлоридов. Но они сочетали его с новым физическим методом измерения интенсивности испускаемых лучей для каждой части. На основе настурана, предоставленного лабораторией Школы, который был в три раза активнее урана, они получили вещество в 17 раз активнее. Повторяя цикл химического отделения для частей, испускающих лучи, они в конце концов получили вещество, активность которого была в 400 раз выше активности урана.

На основе этих результатов Кюри выдвинули свою самую смелую гипотезу. Она была изложена в докладе Французской академии наук, 18 июля 1898 года прочитанном Анри Беккерелем, поскольку ни Мария, ни Пьер не были ее членами. В заголовке появилось новое слово, придуманное Марией, радиоактивность, слово с латинским корнем, означающее «испускание лучей». В своем докладе супруги утверждали: из чрезвычайной активности, проявленной халькоцитом и настураном, можно сделать вывод, что в этих соединениях содержится новый элемент, намного более активный, чем уран, для которого они предложили название полоний «в память о родине одного из них».

Но вещество, активность которого была в 400 раз выше активности урана, еще не было этим новым элементом или его чистой солью; в нем также содержалось большое количество висмута, химического элемента группы азота, свойства которого были очень схожими со свойствами нового элемента. Поэтому Мария с Пьером предположили: полоний находится в той же группе периодической таблицы, что и висмут. Но в отличие от так похожего на него нового элемента, висмут не был радиоактивным. Именно это было отличительным свойством, на котором супруги Кюри основывали предположение о существовании полония.

Периодическая таблица элементов, в которой показаны радий в группе 2, полоний в группе 16 и уран и актиний в актиноидах.

РАДИЙ: БЕСКОНЕЧНЫЕ ПОИСКИ

После этого блестящего открытия Мария и Пьер уехали в отпуск и не возвращались к работе с настураном до ноября 1898 года. К своему удивлению, они обнаружили, что есть некое радиоактивное вещество, химические свойства которого полностью отличаются от свойств полония, хотя их объединяет то, что они оба намного активнее урана. Это можно было объяснить только существованием другого нового элемента, который, должно быть, также содержится в очень маленьких количествах, поскольку предыдущий анализ настурана не выявил его. Однако его свойства были намного больше похожи на свойства бария, одного из щелочноземельных металлов периодической таблицы. Чтобы выделить этот новый элемент, они воспользовались процедурой, сходной с той, что они применяли для выделения полония, которая состояла в растворении твердого тела с помощью кислот и осаждении различных солей. После каждого этапа измерялась радиоактивность полученных частей, чтобы проследить за искомым элементом. Так супруги Кюри получили смесь хлоридов бария и нового элемента, который был в 900 раз активнее урана.

Чтобы получить еще одно подтверждение его существования и помощь в определении, исследователи послали несколько образцов физику Эжену Демарсе, который зарегистрировал спектр их излучения и начал искать линии, не приписываемые ни одному из известных элементов. Демарсе заметил новые линии в ультрафиолетовой зоне, и их интенсивность увеличивалась по мере увеличения радиоактивности вещества, поэтому он приписал их новому элементу. Мария и Пьер Кюри вместе с Гюставом Бемоном отправили новое сообщение во Французскую академию наук 19 декабря 1898 года, в котором они назвали новый элемент радием.

Новое радиоактивное вещество все еще имеет значительное содержание бария; несмотря на это, его радиоактивность значительна. Должно быть, радиоактивность чистого радия огромна.

Сорайя Будиа, «Мария Кюри и ее лаборатория»

В интервью, которое Бемон дал через 20 лет, он был все еще под впечатлением от учтивости Пьера, который сделал его соавтором открытия радия. Он рассказывал, что чувствовал себя очень гордым, но не думал, что заслуживает этого, поскольку не играл активной роли в открытии. Бемон утверждал, что он просто оказал услугу коллеге, посоветовав ему конструкцию и применение методов химической сепарации. Это интервью противоречит теориям некоторых историков науки, в особенности американцу Лоуренсу Бадашу, самому признанному эксперту в истории радиоактивности, который не верил в способность Марии осуществить метод химической сепарации и приписывал Бемону заслуги в этой значительной части диссертации исследовательницы.

Но независимо от того, какую помощь Бемон мог оказать Марии, верно то, что они не придумали ничего нового в химии, поскольку метод Фрезениуса уже был давно известен. Также была известна способность солей урана ионизировать воздух, как и работа электрометров и пьезоэлектричества. Но именно Мария применила все это для открытия нового явления, и именно ей удалось убедить мир в значимости этого открытия.

Мария начала работу над своей докторской диссертацией за год до этого и уже осмелилась предположить существование двух новых химических элементов. Ее научная дерзость была такой, что она сделала эти предположения, основываясь на беспрецедентном факте: она рассматривала радиоактивность этих элементов как главное доказательство их существования. Следует помнить, что это явление открыл Беккерель лишь пару лет назад, но имя ему дала уже Мария. Сам факт использования радиоактивности был вызван тем, что в то время Мария и Пьер не могли привести доказательств своему открытию, которых требовали химические общества. Эти доказательства состояли в определении новых линий спектра излучения, вычислении атомной массы и предоставлении небольшого количества чистого элемента. Супруги Кюри могли предоставить только одно из доказательств: спектр радия.

На самом деле у Марии были другие свидетельства: она применила радиохимический метод, то есть измерила специфическое излучение радиоактивного элемента. Этот метод сегодня применяется, чтобы понять физико-химические или биологические процессы в таких далеких друг от друга областях, как химическая кинетика, археология (для датирования с помощью анализа углерода-14) или геология, и дает результаты, недостижимые с помощью любого другого метода. Многих из этих наук не существовало, когда Мария изобрела свой метод, но она догадалась, что открыла область, в которой появятся новые инструменты анализа. В своей диссертации она гордо констатировала, что метод, использованный для обнаружения новых элементов, был в тысячи раз более чувствительным, чем спектроскопия, с помощью которой подтвердилось существование радия.

Предположив его существование, Мария занялась попытками выделить новые чистые элементы, что предполагало намного большую работу, чем она представляла себе в начале, поскольку они содержались в настуране в чрезвычайно маленьких количествах. Позже она выяснила, что их пропорция меньше одной десятимиллионной доли. Хотя супруги Кюри еще не знали об этом, было очевидно, что им потребуется огромное количество минерала, содержащего этот элемент.